豐寧抽水蓄能電站部分機(jī)組。

 

張騰揚(yáng) 李佳園攝影報(bào)道

 

抽水蓄能電站運(yùn)行原理示意圖。

 

漢 青制圖(星球研究所)

 

豐寧抽水蓄能電站下水庫(kù)。

 

張騰揚(yáng) 李佳園攝影報(bào)道

 

京北200公里，發(fā)源于河北豐寧滿(mǎn)族自治縣的灤河，穿越連綿起伏的燕山山脈，流淌而下，蘊(yùn)含巨大能量。上世紀(jì)90年代，當(dāng)?shù)乇阍诖藬r河筑壩，建設(shè)水庫(kù)，蓄水發(fā)電。而今，在該水庫(kù)上方的崇山峻嶺中，又修建起另一個(gè)上水庫(kù)。上下兩個(gè)水庫(kù)落差400多米。以水為介，升降間電能、勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化，既消納了張北地區(qū)輸送的富余風(fēng)光綠電，又維護(hù)了電網(wǎng)安全運(yùn)行，宛如一個(gè)巨大的“充電寶”。這便是由我國(guó)自主設(shè)計(jì)建設(shè)、世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站——國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站。該電站于2013年開(kāi)工建設(shè)，設(shè)計(jì)建設(shè)12臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)360萬(wàn)千瓦。2022年12月16日，豐寧抽水蓄能電站8號(hào)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，目前電站共計(jì)7臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)。抽水蓄能電站如何運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)揮怎樣作用、擁有哪些優(yōu)勢(shì)?記者近日走訪(fǎng)豐寧，一探究竟。

 

 

向上抽水蓄能，向下放水發(fā)電
 

驅(qū)車(chē)來(lái)到豐寧抽水蓄能電站的上水庫(kù)，只見(jiàn)四周蒼茫逶迤、群峰環(huán)抱。這里海拔超過(guò)1500米，是目之所及的最高處。“上水庫(kù)所在的這片山谷就像一個(gè)天然水盆，且上下庫(kù)間距和高差適中，可謂得天獨(dú)厚。”國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說(shuō)。然而，四下觀察，記者心生疑問(wèn)：上水庫(kù)地處高處，既沒(méi)有上游來(lái)水河道，也沒(méi)有下游出水河道，只是孤零零的一座庫(kù)盆，水從何處來(lái)，又去往何處?吳培枝指向水庫(kù)下方說(shuō)：“山體深處修建了6條雙向水道，直徑約7米，連接上下水庫(kù)。上水庫(kù)通過(guò)水道向上抽水，也反過(guò)來(lái)向下水庫(kù)放水，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)蓄能和發(fā)電。”驅(qū)車(chē)下山，行至一座巨大的山門(mén)。大門(mén)緩緩打開(kāi)，只見(jiàn)一條巨大的通道向下延伸，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開(kāi)朗。地下廠房長(zhǎng)400多米、寬25米、內(nèi)高50多米，建于6條雙向水道上方。在廠房中央，一排白色圓頂形機(jī)組一字排開(kāi)，連接地下輸水系統(tǒng)，這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺(tái)30萬(wàn)千瓦可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。“抽水時(shí)用電驅(qū)動(dòng)水泵，發(fā)電時(shí)則由勢(shì)能推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，一臺(tái)機(jī)組兼具抽水和發(fā)電功能。”吳培枝介紹。正在此時(shí)，在廠房頂部中控室內(nèi)，電站運(yùn)營(yíng)部負(fù)責(zé)人接到電網(wǎng)調(diào)度的指令，坐在電腦前啟動(dòng)機(jī)組放水發(fā)電，機(jī)組附近的地板出現(xiàn)些許震動(dòng)。“機(jī)組可以在5分鐘內(nèi)由滿(mǎn)負(fù)荷抽水轉(zhuǎn)變?yōu)闈M(mǎn)負(fù)荷發(fā)電。相較傳統(tǒng)大型水電站，豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)葉片扁平且較小，輸水管道窄且流速快。”吳培枝解釋。不過(guò)，管道窄，如果遇到砂石、木頭等雜物，豈不是容易阻塞水道甚至損傷葉片?原來(lái)，流經(jīng)下水庫(kù)時(shí)，灤河河水會(huì)先被導(dǎo)入建設(shè)好的月牙形河谷進(jìn)行沉淀。每逢枯水期，還會(huì)對(duì)沉淀的泥沙及樹(shù)障進(jìn)行清理。“不僅保障了蓄能系統(tǒng)安全運(yùn)行，還改善了灤河水環(huán)境。”吳培枝說(shuō)。

 

 

 

“抽水蓄能是在電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)，利用電網(wǎng)的富余電力將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存起來(lái);在負(fù)荷高峰時(shí)，將上水庫(kù)儲(chǔ)存的水放到下水庫(kù)進(jìn)行發(fā)電，從而調(diào)解供需矛盾。”國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)何一純說(shuō)，抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能系統(tǒng)備用等功能，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)器和存儲(chǔ)器。“春節(jié)期間，華北電網(wǎng)負(fù)荷低谷持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在豐寧抽水蓄能電站7臺(tái)已投運(yùn)機(jī)組全部運(yùn)行的情況下，國(guó)網(wǎng)華北分部調(diào)度控制中心緊急調(diào)用第八臺(tái)調(diào)試機(jī)組抽水啟動(dòng)5次，電站總出力最高達(dá)240萬(wàn)千瓦，有效保障了春節(jié)期間電網(wǎng)安全運(yùn)行。”國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司運(yùn)行部負(fù)責(zé)人趙日升說(shuō)。除此之外，有效減少棄風(fēng)棄光也是豐寧抽水蓄能電站的一大本領(lǐng)。北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，張家口地區(qū)的風(fēng)電、光伏電能被源源不斷地輸送到各個(gè)場(chǎng)館。然而，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源受到自然因素影響，呈現(xiàn)隨機(jī)性與波動(dòng)性。“冬奧會(huì)開(kāi)幕式及很多賽事在夜間舉行，那個(gè)時(shí)間沒(méi)有陽(yáng)光，風(fēng)力也不穩(wěn)定，需要通過(guò)放水發(fā)電，保障冬奧場(chǎng)館穩(wěn)定運(yùn)行。等到用電負(fù)荷小、風(fēng)力大的時(shí)候，又可以抽水蓄能。”何一純介紹。作為張北柔性直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，豐寧抽水蓄能電站幫助其將張家口地區(qū)的清潔電能輸送到各個(gè)冬奧場(chǎng)館，助力實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站投運(yùn)的1號(hào)、10號(hào)機(jī)組共抽水啟動(dòng)107次、發(fā)電啟動(dòng)94次，消納新能源1.15億千瓦時(shí)、發(fā)電8300萬(wàn)千瓦時(shí)。據(jù)估計(jì)，2024年豐寧抽水蓄能電站完全建成投產(chǎn)后，每年將節(jié)省標(biāo)煤量48萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放130萬(wàn)噸，推動(dòng)華北地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。

 

 

 

隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，為緩解風(fēng)光發(fā)電與用電負(fù)荷的不匹配、降低棄風(fēng)棄光率，近年來(lái)國(guó)內(nèi)不少省份在風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)申報(bào)方案中，被要求“配套建設(shè)一定比例的儲(chǔ)能設(shè)施或提供相應(yīng)的調(diào)峰能力”。“特別是在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶馗邏壕€(xiàn)路中，建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮其獨(dú)有的快速反應(yīng)特性，有效防范故障風(fēng)險(xiǎn)，防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)崩潰。”趙日升說(shuō)。中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)丁焰章表示，發(fā)展抽水蓄能，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段，有利于保障傳統(tǒng)能源有序退出，實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。“相比于其他儲(chǔ)能方式，抽水蓄能具有設(shè)備壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，更適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)。”何一純說(shuō)。數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國(guó)抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模約4579萬(wàn)千瓦。國(guó)家能源局2021年9月發(fā)布的《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃》)提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬(wàn)千瓦以上;到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右。盡管發(fā)展空間巨大，但由于存在價(jià)格機(jī)制不完善、相關(guān)政策落地執(zhí)行較慢等問(wèn)題，未來(lái)要推動(dòng)抽水蓄能的健康穩(wěn)定發(fā)展，還需要進(jìn)一步改革電價(jià)制度和管理體制。2021年4月發(fā)布的《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見(jiàn)》指出，要堅(jiān)持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價(jià)政策，健全抽水蓄能電站費(fèi)用分?jǐn)偸鑼?dǎo)方式，并強(qiáng)化抽水蓄能電站建設(shè)運(yùn)行管理?！兑?guī)劃》也指出，要完善抽水蓄能價(jià)格機(jī)制，明確市場(chǎng)化調(diào)峰資源建設(shè)。“未來(lái)，隨著抽水蓄能規(guī)模不斷擴(kuò)大、運(yùn)營(yíng)管理制度更加完善，將更有利于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，助力‘雙碳’目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。”何一純說(shuō)。